Rasterkraftmikroskopische Untersuchungen an nativen biologischen ...

PROJEKTE UND ERGEBNISSE
3 Sucroseporin
3.1 Einleitung und Zielsetzung
Gramnegative Bakterien besitzen zusätzlich zur Zytoplasmamembran eine äußere Membran, die
asymmetrisch aus Lipopolysacchariden (außen) und Phospholipiden (innen) aufgebaut ist. Außerdem
enthält diese Membran eine Reihe porenbildender Proteine. Hieraus lassen sich bereits zwei
hauptsächliche Funktionen der Außenmembran erkennen, nämlich einerseits der Schutz der Zelle
vor schädlichen Einflüssen (Außenmembran zusammen mit der Peptidoglykanschicht im periplasmatischen
Raum) sowie andererseits die Aufnahme von kleinen Nahrungsmolekülen und Ionen
durch wassergefüllte Kanäle (Schirmer, 1998; Forst et al., 1998; Dumas et al., 2000). Die sogenannten
Porine stellen den hauptsächlichen Anteil der Proteinkomponente der Außenmembran.
Während der Transport von Zuckermolekülen, Ionen etc. über die Zytoplasmamembran aktiv erfolgt
und damit deren Konzentration im Periplasma niedrig gehalten wird, erfolgt der Transport
über die Außenmembran rein passiv. Man unterscheidet unspezifische und spezifische Porine.
Porinartige Moleküle finden sich im übrigen auch in Mitochondrien und Chloroplasten.
Die unspezifischen Porine stellen die „Grundausstattung“ zur Bewerkstelligung einer ausreichenden
Permeabilität unter Normalbedingungen dar. Unter wachstumslimitierenden Bedingungen ist
u. U. eine Erhöhung der Permeabilität für bestimmte Substanzen erforderlich, die aber nicht mit
einer Verminderung der schützenden Funktion der Außenmembran, also etwa einer generellen Erhöhung
der Ausschlussgröße, einhergehen darf. Daher werden unter diesen Bedingungen Porine
exprimiert, die eine höhere Permeabilität für bestimmte Substanzen besitzen. Diese höhere Permeabilität
kann durch spezifische Bindungsstellen erreicht werden, die entlang der Innenwand des
Kanals angeordnet sind (Forst et al., 1998).
Beispiele für solche spezifischen Porine sind einmal das für Maltose und Maltooligosaccharide
spezifische Maltoporin, das zusammen mit einem Transportsystem vom ABC-Typ (ATP Binding
Cassette) und einem periplasmatischen Bindeprotein vom mal-Regulon kodiert wird. Des weiteren
wurde in Salmonella typhimurium und Escherichia coli (später auch in Klebsiella pneumoniae)
ein Saccharose-Aufnahmesystem entdeckt, das es den Zellen ermöglicht, auf Saccharose als einziger
Kohlenstoffquelle zu wachsen. Das auf einem Plasmid liegende scr-Regulon kodiert für
einen Saccharose-spezifischen Transportkomplex vom PTS-Typ (Phosphoenoltransferase-System)
in der Zytoplasmamembran und ein Porin, ScrY, das für Saccharose und Maltooligosaccharide
spezifisch ist. Ein periplasmatisches Bindeprotein ist nicht bekannt (Schmid et al., 1991; Hardesty
et al., 1991; Schülein et al., 1995; Forst et al., 1993; Forst et al., 1998).
Die unspezifischen Porine sind Homotrimere aus 16-strängigen antiparallelen β-Barrels, wobei die
einzelnen Stränge auf der extrazellulären Seite durch Schleifen (Loops) verschiedener Länge und
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